Измеритель импеданса Советский патент 1978 года по МПК G01R27/26 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ИМПЕДАНСА

Изобретение относится к области электрорадиоизмерителыюй гехники и может быть использовано при определении активной и реактивной соетавляющих полных сопротивлену исследуемых двух- и четырехполюсников. Известен измеритель активной и реактивной составлякмией, содержанхий опорный гепс-ратор, дифференцируюпщй усилитель и измерительные приборы 1. Недостатком этого измерителя является низкая точность измерений. Ближайп1им по своей технической сущности к данному является измеритель импеданса, содержащий опорный генератор, включенный носледовательио с эталонным сопротивлением и внешними зажимами, которые используются для подключения неизвестного комплексного со противления. К эталонному сопротивлению под к,1ючен дифференциальный уси,литель, выходной снгнал которого пропорциональ п 1Й току, нроходяще.му через эталонное сопротивле1П1е и который подается через усилители-ограничители на стробированные усилители, на другие входы которых через парафазный усилитель подается иапряжение, снимаемое с измеряемого импеданса. На выходе стробированных усилителей, открываемых на полнериода прямоугольным напряжением усилителей-ограничи телеИ, среднее значение тока будет нропорнионалыю соответственно активной и реактивной составляюи1ей полного сопротнв;1е П1я 2. Однако при измерении больн1их сонротги лений в И1нроком частотном диапазоне воз1И1кают значите.1ьн1 1е ногре1нности из-за шунтирования измеряемого импеданса входным сопротивлением усилите.1я фазоинвертора н днфференпиальпым усилителем, а также из-за возникновения частотных погрешностей отдельн1;1х б.кжов измерителя. Использование стробосконичеекого преобразователя во входных пенях, который осуществляет перенос амплитудно-фазовых соотнон1ений нанряженнй, выделяемых на эталошю.м и измеряемом сои ютивлениях, на фиксированную частоту опорного сигнала, уменьшает частотную погрешность отдельных блоков из.мерителя. Но ногрениюсть из-за шунтирования измеряемого импеданса собственным входным сопротпвленнем сигнального кана:1а преобразователя остается, что значгггельно спнжает динамический диапазон нзмеряемых сопротивлений. Целью изобретения является расширение динамического дианазона измерений. Цель достигается тем, что в измеритель импеданса, содержании опорный генератор, выход которого непосредственно соединен со входом опорного канала стробоскопического преобразователя и через эталонный резистор соединен со входом сигнального канала стробоскопического преобразователя и с зажимами для под,ключения измеряемого имнеданса, а выход опорного канала стробоскопического преобразователя соединен с входом дифференциального усилителя, один из выходов которого соединен непосредственно и через фазовращатель е входами двух идентичных каналов, состоящих из последовательно соединенных ограничителя, стробированного усилителя и индикатора, при этом другие входы стробированных усилителей соединены с выходом инвертирующего усилителя, вход которого соединен с выходом сигнального канала стробоскопического преобразователя, введены .два ключа, управляемый фазовращатель, управляемый аттенюатор, моделирующий резистор, комплексное сопротивление уравновещивания и нуль-орган, причем вход управляемого фазовращателя соединен с выходом опорного канала стробоскопического преобразователя, со входом одного из ключей, а выход управляемого фазовращателя соединен с входом управляемого аттенюатора, с выходом одного из ключёии входом другого ключа) а выход последнего соединен с выходом управляемого аттенюатора, с выходом дифференциального уси.чителя и с одним из выводов моделирующего резистора, другой вывод которого соединен с одним из выводов комнлексного сопротивления уравновещивания и с одним из входов, нуль-органа, другой вход которого соединен с входом инвертирующего усилителя, кроме того, другой вывод комплексного сопротивления уравновеишвания соединен с общей шиной измерителя. На чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого измерителя импеданса. Измеритель содержит опорный генератор, эталонный резистор 2, измеряемый импеданс 3, стробоскопический преобразователь 4, входное сопротивление 5 опорного канала стробоскопического преобразователя, входное сопротивление 6 сигнального канала стробоскопического преобразов,агеля, управляемый фазовращатель 7, ключ 8, управляемый аттенюатор 9, ключ 10, моделирующий : резистор ,11, комплексное сопротивление 12 уравновещивания, дифференциальный ycилjитeль 13, фазовращатель 14, ограничителей 15, 16, стробированные усилители;|ti 18, индикаторы 19, 20, нуль-орган 21, инвё ггй-рующий усилитель 22. Опорный генератор 1 последовательно соединен с эталонным сопротивлением 2 и с внешними зажимами «а, «б для подключения измеряемого импеданса 3. В.ход опорного канала стробоскопического преобразователя 4 подк тючен к опорному генератору I и шунтирует его своим входным сопротивлением 5, а вход сигнального канала стробоскопического преобразователя соединен с внешними зажимами и измеряемым импедансом параллельно которому включено его собственное входное сопротивление 6. Выход опорного канала подключен последовательно к уиравляембму фазовращателю 7, щунтируемому ключом 8, к управляемому аттенюатору 9, щунтируемому ключом 10, .к моделирующему сопротивлению 11, к комплексному сопротивлению 12 уравновешивания, а также к дифференциальному усилителю 13, другой вход которого подключен к моделирующему резистору 11, а выход непосредственно и через фазовращатель 14 подключен последовательно к усилителям-ограничителям 15, 16, к стробированным, усилителям 17 активной и 18 реактивной составляющих импеданса и к индикаторам 19, 20. Выход сигнального канала преобразователя 4 соединен с нуль-органом 21, другой вход которого подключен к моделирующему сопротивлению II, а также с входом инвертирующего усилителя 22, выход которого подключен к стробированным усилителям 17, 18. Измерение импеданса осуществляется в два такта В первом такте измерения, называемом тактом калибровки, осуществляется измерение входного сопротивления 6 сигнального канала стробоекопического преобразователя 4 и его запоминание, при этом ключи 8, 10 находятся в положении II. , Амплитудно-фазовые соотнощения напряжения ОопОпорного генератора 1, параллельно которому подключено сопротивление 5, и напряжения Ос, выделяемого на входном сопротивлении 6 сигнального канала стробоскопического преобразователя 4,- переносятся на промежуточную фиксированную частоту опорного сигнала С выхода опорного канала снимается напряжение Соп,, а с выхода сигнального канала снимается напряжение Ос, причем Uon,Uoj,, . Изменяя комплексное сопротивление 12 уравновещивания по модулю и аргументу по нуль-органу 21 .добиваются равенства двух напряжений Ьм Ьс по модулю и фазе, где Омнапряжение, выделяемое на комплексном сопротивлении уравновещивания 12. Тогда комплексное сопротивление уравновешивания будет равно выходному сопротивлению сигнального канала, так как модулирующее сопротивление I1 равно эталонному сопротивлению 2, которые носят активный характер, а также Ooz. 0„, и (. Применение цепочки, состоящей из модулирующего резистора 11 и комплексного сопротивления 12 уравновещивания, позволяет смоделировать амплитудно-фазовые соотнощения, перенесенные на промежуточную частоту опорного сигнала, высокочастотных сигналов, выделяемых на эталонном резисторе 2 и входном сопротивлении сигнального канала стробоскопического преобразователя при исключенном измеряемом импедансе 3. Во втором такте осуществляется измерение импеданса и к внешним зажимам подключается измеряемый импеданс 3, а ключи 8, 10.

переводятся в положение I. При этом иапряжение не равно iJc,.

Изменяя фазовый сдвиг фазовращателем 7 и меняя ослабление аттенюатора 9, добиваются, как и в первом такте, равенства по нульоргану 21 напряжений , по модулю и фазе.

Вектор тока, протекающего по неизвестному импедансу, и напряжение, приложенное к нему, отражают качественную и количественную стороны неизвестного комплексного сопротивления. Полученное напряжение, пропорциональное вектору тока, протекающего по неизвестному импедансу, поступает на ограничитель 15 и через фазовращатель 14 - на ограничитель 16. Сформированные пря.моугольные импульсы в усилителях-ограничителях типа «Меандр и сдвинутые на полпериода, стробируют входной сигнал, снимаемый с выхода инвертирующего усилителя 22, в стробированном усилителе 17 активной составляющей и стробированном усилителе 18 реактивной составляющей. Напряжения, пропорциональные составляющим сопротивления, поступают на индикатор 19 активной и индикатор 20 реактивной составляющих импеданса.

Формула изобретения

Измеритель импеданса, содержащий опорный генератор, выход которого непосредственно соединен со входом опорного канала стробоскопического преобразователя и через эталонный резистор соединен со входом сигнального канала стробоскопического преобразователя и с зажимами для подключения измеряемого импеданса, а выход опорного канала стробоскопического преобразователя соединен со входом дифференциального усилителя, один из выходов которого соединен непосредственно и через фазовращатель со входами двух идентичных каналов, состоящих из последовательно соединенных ограничителя, стробированного усилителя и индикатора, при этом входы стробированных усилителей соединены .с выходом инвертирующего усилителя, вход которого соединен с выходом сигнального канала стробоскопического преобразователя, отличающийся тем, что, с целью расщирения динамического диапазо.на измерения, в измеритель введены два ключа, управляемый фазовращатель, унравляемый аттенюатор, .моделирующий резистор,

комплексное сопротивление уравновещивания и нуль-орган, причем вход управляемого фазовращателя соединен с выходом опорного канала стробоскопического преобразователя, со входом одного из ключей, а выход управляемого

фазовращателя соединен со входом управляе-. мого аттенюатора, с выходом одного из ключей и входом другого ключа, а выход последнего соединен с выходом управляемого аттенюатора, с выходом дифференциального усилителя и с одним из выводов моделирующего резистора, другой вывод которого соединен с одним из выводов комплексного сопротивления уравновещивания и с одним из входов нульоргана, другой вход которого соединен со входом инвертирующего усилителя, кроме того,

другой вывод комплексного сопротивления уравновешивания соединен с об1цей щиной измерителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;

кл. G 01 R 27/26, 1971.

й кинал

ВW

Измеряемый иппеданс

а

.

Т

Сигна/11 н1 /и

канал